DE202011050208U1

DE202011050208U1 - Laser processing device for processing a workpiece

Info

Publication number: DE202011050208U1
Application number: DE202011050208U
Authority: DE
Original assignee: ERLAS ERLANGER LASERTECHNIK GmbH
Current assignee: ERLAS ERLANGER LASERTECHNIK GmbH
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2021-05-24

Abstract

Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl mit einem ortsfesten Rahmen (5), mit einem Laserscanvorrichtung (12), wobei die Laserscanvorrichtung (12) eine Ablenkung des Laserstrahls in mindestens zwei unabhängigen Dimensionen – nachfolgend als X- und Y-Richtung (8, 10) bezeichnet – ermöglicht, so dass durch den Laserstrahl ein Bearbeitungsbereich abgescannt werden kann, mit einer Werkstückhalterung (6) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Werkstückhalterung das Werkstück bei der Bearbeitung im Bearbeitungsbereich hält, mit einer ersten Manipulationseinrichtung (3), welche die Werkstückhalterung (6) während der Bearbeitung relativ zu dem ortsfesten Rahmen (5) manipulieren kann, gekennzeichnet durch eine zweite Manipulationseinrichtung (4), welche die Laserscanvorrichtung (12) relativ zu dem ortsfesten Rahmen manipulieren kann.Laser processing device (1) for processing a workpiece with a laser beam with a stationary frame (5), with a laser scanning device (12), the laser scanning device (12) deflecting the laser beam in at least two independent dimensions - hereinafter referred to as the X and Y directions (8, 10) - enabled so that a processing area can be scanned by the laser beam, with a workpiece holder (6) for holding the workpiece to be processed, the workpiece holder holding the workpiece in the processing area during processing, with a first manipulation device ( 3), which the workpiece holder (6) can manipulate relative to the stationary frame (5) during processing, characterized by a second manipulation device (4) which the laser scanning device (12) can manipulate relative to the stationary frame.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a laser processing apparatus according to the preamble of claim 1.

Unter den Fügeverfahren zeichnet sich das Laserstrahlschweißen durch einen geringen Wärmeeintrag, hohe Prozessgeschwindigkeiten, eine hohe Präzision und gute Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse aus. Typische Anwendungsgebiete des Laserstrahlschweißens betreffen Baugruppen, wie zum Beispiel Getriebeteile, insbesondere Schaltwellen, Schaltwalzen, Rastierhülsen, Schaltgabeln oder Führungskästen aus dem Lenkungsbereich eines Kraftfahrzeuges. Bei diesen Baugruppen werden oftmals bis zu zehn Einzelteile unter Einhaltung von geringen Toleranzen gefügt.Among the joining methods, laser beam welding is characterized by low heat input, high process speeds, high precision and good reproducibility of welding results. Typical fields of application of laser beam welding relate to assemblies, such as gear parts, in particular shift shafts, shift rollers, Rastierhülsen, shift forks or guide boxes from the steering range of a motor vehicle. In these assemblies, often up to ten individual parts are joined in compliance with tight tolerances.

Neben der Fertigungsqualität ist eine hohe Produktivität des Laserstrahlschweißens entscheidend, um sich im Wettbewerb auch wirtschaftlich gegenüber anderen Fügeverfahren durchsetzen zu können.In addition to the manufacturing quality, a high productivity of the laser beam welding is crucial in order to be able to assert oneself in the competition also economically opposite other joining procedures.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorzuschlagen, welche eine gute Fertigungsqualität zusammen mit einer hohen Produktivität aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a laser processing apparatus having a good manufacturing quality together with a high productivity.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a laser processing apparatus having the features of claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.

Im Rahmen der Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, welche zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl geeignet und/oder ausgebildet ist.In the context of the invention, a laser processing device is proposed, which is suitable for processing a workpiece with a laser beam and / or formed.

Bei der Bearbeitung handelt sich es insbesondere um ein Laserstrahlschweißen, im Speziellen um ein Laserstrahltiefschweißen. In alternativen Ausführungsformen kann die Laserbearbeitungsvorrichtung auch für andere Bearbeitungsverfahren, wie zum Beispiel Härten oder Löten, ausgelegt sein.The processing is in particular a laser beam welding, in particular a laser beam deep welding. In alternative embodiments, the laser processing apparatus may also be designed for other processing methods, such as hardening or soldering.

Der Laserstrahl wird durch eine Laserstrahlquelle erzeugt und besonders bevorzugt über eine Lichtleitfaser bereitgestellt. Die Laserquelle ist besonders bevorzugt als ein Scheibenlaser oder als ein Hochleistungsdiodenlaser ausgelegt. Insbesondere weist die Laserquelle eine cw-Leistung von größer 1 kW, vorzugsweise größer 2 kW und insbesondere größer 3 kW auf. Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung bildet die Laserquelle einen Teil der Laserbearbeitungsvorrichtung.The laser beam is generated by a laser beam source and particularly preferably provided via an optical fiber. The laser source is particularly preferably designed as a disk laser or as a high-power diode laser. In particular, the laser source has a cw power of greater than 1 kW, preferably greater than 2 kW and in particular greater than 3 kW. In one possible embodiment of the invention, the laser source forms part of the laser processing device.

Das Werkstück ist besonders bevorzugt als eine Baugruppe mit mindestens drei Einzelteilen, vorzugsweise mit mindestens fünf Einzelteilen und insbesondere mit mindestens sieben Einzelteilen ausgebildet. Im Verlauf der Bearbeitung ist vorgesehen, dass die Einzelteile des mehrteiligen Werkstücks zu einem einteiligen Werkstück gefügt werden.The workpiece is particularly preferably designed as an assembly with at least three individual parts, preferably with at least five individual parts and in particular with at least seven individual parts. During processing, it is provided that the individual parts of the multi-part workpiece are joined to form a one-piece workpiece.

Besonders bevorzugt ist das Werkstück als ein Getriebeteil, wie zum Beispiel eine Schaltwelle, eine Schaltwalze, eine Rastierhülse, eine Schaltgabel oder zum Beispiel als ein Führungskasten oder ein Lenksäulengehäuse aus dem Lenkungsbereich eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Das Material des Werkstückes ist vorzugsweise metallisch, insbesondere Stahl.Particularly preferably, the workpiece is designed as a gear part, such as a shift shaft, a shift drum, a Rastierhülse, a shift fork or, for example, as a guide box or a steering column housing from the steering range of a motor vehicle. The material of the workpiece is preferably metallic, in particular steel.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist einen ortsfesten Rahmen auf, welcher insbesondere während der Bearbeitung des Werkstücks ortsfest zum Beispiel in einer Halle oder einem anderen Fertigungsort, insbesondere auf einem Maschinenfundament aufgestellt ist. Der ortsfeste Rahmen kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, insbesondere kann der ortsfeste Rahmen aus mehreren Abschnitten aufgebaut sein, welche auch beabstandet zueinander ortsfest angeordnet sind.The laser processing device has a stationary frame, which is set up in a stationary manner, for example, in a hall or other production location, in particular on a machine foundation, during machining of the workpiece. The stationary frame may be formed in one or more parts, in particular, the stationary frame may be constructed of several sections, which are also arranged spaced from each other stationary.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst mindestens eine Laserscanvorrichtung, welche eine Ablenkung des Laserstrahls in mindestens zwei unabhängige Dimensionen, welche nachfolgend als X- und Y-Richtung bezeichnet werden, ermöglicht, so dass durch den Laserstrahl ein Bearbeitungsbereich abgescannt werden kann. Beispielsweise kann die Laserscanvorrichtung ein oder zwei steuerbare Spiegel aufweisen, welche eine Ablenkung des Laserstahls umsetzen. Eine derartige Laserscanvorrichtung hat den Vorteil, dass der Strahl sehr schnell geführt werden kann, da die Spiegel oder andere Ablenkungseinrichtungen aufgrund ihrer geringen Masse hochdynamisch bewegt werden können.The laser processing device comprises at least one laser scanning device, which allows a deflection of the laser beam in at least two independent dimensions, which are referred to below as the X and Y direction, so that a processing area can be scanned by the laser beam. For example, the laser scanning device may have one or two controllable mirrors which convert a deflection of the laser beam. Such a laser scanning device has the advantage that the beam can be guided very quickly, since the mirrors or other deflection devices can be moved highly dynamically due to their low mass.

Ferner umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung mindestens eine Werkstückhalterung zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Werkstückhalterung das Werkstück bei der Bearbeitung im Bearbeitungsbereich hält, so dass das Werkstück durch den von der Laserscanvorrichtung abgelenkten Laserstrahl bearbeitet werden kann.Furthermore, the laser processing device comprises at least one workpiece holder for receiving the workpiece to be processed, wherein the workpiece holder holds the workpiece in the processing area during processing, so that the workpiece can be processed by the laser beam deflected by the laser scanning device.

Besonders bevorzugt ist die Laserbearbeitungsvorrichtung als eine sogenannte Remote-Laservorrichtung ausgebildet, wobei der Laserstrahl nach der Laserscanvorrichtung über einen Weg von mindestens 20 cm, vorzugsweise von mindestens 30 cm und insbesondere von mindestens 40 cm frei geführt wird.Particularly preferably, the laser processing device is designed as a so-called remote laser device, wherein the laser beam after the laser scanning device over a distance of at least 20 cm, preferably at least 30 cm and in particular of at least 40 cm is guided freely.

Der Bearbeitungsbereich am Werkstück, der durch die Laserscanvorrichtung erreicht werden kann, ist beispielsweise größer als 10 cm × 10 cm ausgebildet. Durch die Laserscanvorrichtung kann der Laserstrahl bei der Bearbeitung sehr schnell über das Werkstück geführt werden und bei einem Positionswechsel auf dem Werkstück, zum Beispiel, um das Werkstück an einer anderen Position zu bearbeiten, mit Geschwindigkeiten von größer 50 m pro Minute verfahren oder versetzt werden. The machining area on the workpiece that can be reached by the laser scanning device is formed, for example, greater than 10 cm × 10 cm. By means of the laser scanning device, the laser beam can be guided over the workpiece very quickly during machining and moved or displaced at speeds of more than 50 m per minute during a change of position on the workpiece, for example in order to machine the workpiece at another position.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist eine erste Manipulationseinrichtung auf, welche die Werkstückhalterung während der Bearbeitung relativ zu dem ortsfesten Rahmen manipulieren, insbesondere bewegen kann. Mit dieser ersten Manipulationseinrichtung ist es insbesondere möglich, das Werkstück in dem Bearbeitungsbereich bearbeitungsgerecht vor oder während der Bearbeitung zu positionieren.The laser processing device has a first manipulation device which can manipulate, in particular move, the workpiece holder during processing relative to the stationary frame. With this first manipulation device, it is possible, in particular, to position the workpiece in the processing area in accordance with the processing before or during processing.

Erfindungsgemäß weist die Laserbearbeitungsvorrichtung eine zweite Manipulationseinrichtung auf, welche die Laserscanvorrichtung relativ zu dem ortsfesten Rahmen manipulieren, insbesondere bewegen kann.According to the invention, the laser processing device has a second manipulation device which can manipulate, in particular move, the laser scanning device relative to the stationary frame.

Insbesondere sind die erste und die zweite Manipulationseinrichtung kinematisch voneinander unabhängig an dem ortsfesten Rahmen angeordnet. Somit bildet die erste Manipulationseinrichtung eine erste kinematische Kette und die zweite Manipulationseinrichtung eine zweite kinematische Kette, wobei die beiden kinematischen Ketten parallel und/oder unabhängig voneinander an dem ortsfesten Rahmen befestigt sind.In particular, the first and second manipulation means are arranged kinematically independent of one another on the stationary frame. Thus, the first manipulation device forms a first kinematic chain and the second manipulation device forms a second kinematic chain, wherein the two kinematic chains are mounted parallel and / or independently of each other on the stationary frame.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung setzt mit seiner Kinematik ein neuartiges Maschinenkonzept um, das eine hochdynamische Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht:
Betrachtet man die Produktivität einer Laserbearbeitungsvorrichtung, kann zwischen der Zykluszeit einerseits und der Fertigungszeit andererseits unterschieden werden. Die Zykluszeit wird als die Zeit definiert, welche von der Fertigstellung einer Baugruppe bis zur Fertigstellung der nächsten Baugruppe im Mittel verstreicht. Die Fertigungszeit setzt sich zusammen aus einer Hauptzeit und einer Nebenzeit, wobei die Hauptzeit als der Zeitanteil mit einem unmittelbaren Arbeitsfortschritt definiert ist, das heißt, es werden zum Beispiel Schweißnähte an dem Werkstück erzeugt. Unter die Nebenzeiten fallen Zeitanteile, welche erforderlich sind, um einen Prozessablauf als Ganzes zu ermöglichen. Dazu gehören das Zuführen der Einzelteile, der Spannvorgang, die Handhabung der Spanntechnik, das wiederholte Positionieren des Laserstrahls, das Entspannen und die Entnahme des Werkstücks.With its kinematics, the laser processing device implements a new type of machine concept that enables highly dynamic machining of workpieces:
Considering the productivity of a laser processing device, it is possible to distinguish between the cycle time on the one hand and the manufacturing time on the other hand. The cycle time is defined as the time that elapses from the completion of one assembly to the completion of the next assembly on average. The production time consists of a main time and a non-productive time, wherein the main time is defined as the time proportion with an immediate work progress, that is, for example, welds are produced on the workpiece. The non-productive times include time required to allow a process to run as a whole. These include the feeding of the individual parts, the clamping process, the handling of the clamping technology, the repeated positioning of the laser beam, the relaxation and the removal of the workpiece.

Idealer Weise entspricht die Zykluszeit der Hauptzeit, so dass die Zykluszeit durch Verringerung der Hauptzeit ebenfalls verkürzt wird, was zu einer erhöhten Produktivität führt. Durch das neuartige Maschinenkonzept kann das Werkstück bearbeitet werden, wobei die Positionierung und das Verfahren bzw. Positionieren des Laserstrahls durch ein Zusammenspiel der Laserscanvorrichtung und der ersten bzw. der zweiten Manipulationseinrichtung hochdynamisch und somit sehr schnell erfolgen kann, so dass die Hauptzeit reduziert, die Zykluszeit verkürzt und die Produktivität erhöht werden kann.Ideally, the cycle time corresponds to the main time, so that the cycle time is also shortened by reducing the main time, resulting in increased productivity. Due to the novel machine concept, the workpiece can be processed, wherein the positioning and the method or positioning of the laser beam by an interaction of the laser scanning device and the first and the second manipulation device can be highly dynamic and thus very fast, so that reduces the main time, the cycle time Shortened and productivity can be increased.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ermöglicht die zweite Manipulationseinrichtung ein Verfahren der Laserscanvorrichtung parallel zu einer durch die X- und Y-Richtung aufgespannten Ebene. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Manipulationseinrichtung als eine Linearachse ausgebildet, welche die Laserscanvorrichtung parallel zur X-Richtung verfährt, so dass der Bearbeitungsbereich in X-Richtung verlängert ist. Diese Ausgestaltung erlaubt die Bearbeitung von insbesondere länglichen Werkstücken, welche in der Werkstückhalterung so eingelegt sind, dass sich diese in X-Richtung erstrecken. Statt der X-Richtung kann die Linearachse auch in Y-Richtung ausgerichtet sein. Es ist auch möglich, dass die zweite Manipulationseinrichtung sowohl eine Linearachse in X-Richtung als auch eine Linearachse in Y-Richtung aufweist.In a preferred development of the invention, the second manipulation device enables a method of the laser scanning device parallel to a plane spanned by the X and Y directions. In one possible embodiment of the invention, the second manipulation device is designed as a linear axis, which moves the laser scanning device parallel to the X direction, so that the processing region is extended in the X direction. This embodiment allows the processing of particular elongated workpieces, which are inserted in the workpiece holder so that they extend in the X direction. Instead of the X direction, the linear axis can also be aligned in the Y direction. It is also possible that the second manipulation device has both a linear axis in the X direction and a linear axis in the Y direction.

Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die zweite Manipulationseinrichtung eine Linearachse auf, welche ein Verfahren der Laserscanvorrichtung nach einer zu der X- und Y-Richtung senkrechten Z-Richtung ermöglicht. Alternativ oder ergänzend ist eine Verschiebung des Laserstrahls in dieser Z-Richtung auch durch die Laserscanvorrichtung möglich, welche damit eine 2,5-Dimension-Laserscanvorrichtung darstellt. Gerade bei in Z-Richtung ausgedehnten Werkstücken kann durch die Verschiebung in Z-Richtung der Fokus des Laserstrahls nachgeführt werden.In a possible development of the invention, the second manipulation device has a linear axis, which enables a method of the laser scanning device according to a Z direction perpendicular to the X and Y directions. Alternatively or additionally, a displacement of the laser beam in this Z direction is also possible by the laser scanning device, which thus represents a 2.5-dimension laser scanning device. Especially when extended in the Z direction workpieces can be tracked by the shift in the Z direction of the focus of the laser beam.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Manipulationseinrichtung eine erste Schwenkachse zur Schwenkung der Werkstückhalterung um die X-Achse bzw. X-Richtung auf. Diese erste Schwenkachse kann optional auch als eine Endlosdrehachse ausgebildet sein. Durch die Schwenkachse ist es z. B. möglich, das Werkstück so zu positionieren, dass es an der Oberseite und an der Unterseite bearbeitet werden kann oder während der Bearbeitung zu schwenken.In a particularly preferred embodiment of the invention, the first manipulation device has a first pivot axis for pivoting the workpiece holder about the X-axis or X-direction. This first pivot axis can optionally also be designed as an endless rotational axis. Due to the pivot axis, it is z. For example, it is possible to position the workpiece so that it can be machined at the top and bottom or to pivot during machining.

Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Manipulationsvorrichtung eine zweite Schwenkachse, welche zur Schwenkung der Werkstückhalterung und der ersten Schwenkachse um die Y-Achse bzw. Y-Richtung ausgebildet ist. Diese zweite Schwenkachse kann optional auch als eine Endlosdrehachse ausgebildet sein. Durch die zweite Schwenkachse ist es möglich, das Werkstück relativ zu der Y-Richtung aufzustellen.In a possible development of the invention, the first manipulation device comprises a second pivot axis, which for pivoting the workpiece holder and the first pivot axis about the Y-axis and Y-direction is formed. This second pivot axis can optionally also be designed as an endless rotational axis. By the second pivot axis, it is possible to set up the workpiece relative to the Y direction.

Bei abgewandelten Ausführungsformen ist es auch möglich, dass die erste Schwenkachse um die Y-Richtung und die zweite Schwenkachse um die X-Richtung schwenkt.In modified embodiments, it is also possible that the first pivot axis pivots about the Y direction and the second pivot axis about the X direction.

Durch eine gemeinsame Ansteuerung der Laserscanvorrichtung sowie der ersten Manipulationseinrichtung und/oder der zweiten Manipulationseinrichtung ist es möglich, das Werkstück und den Laserstrahl während der Bearbeitung relativ zueinander hochdynamisch zu positionieren und das Werkstück mit dem Laserstrahl zu bearbeiten. Insbesondere ist die Laserbearbeitungsvorrichtung ausgebildet, die Laserscanvorrichtung, die Laserquelle, die erste Manipulationseinrichtung und/oder die zweite Manipulationseinrichtung zeitgleich und/oder zeitlich synchronisiert zueinander zu aktivieren. Insbesondere wird eine Bearbeitungsbahn des Laserstrahls auf dem Werkstück durch Mitwirkung der Laserscanvorrichtung sowie der ersten Manipulationseinrichtung und/oder der zweiten Manipulationseinrichtung umgesetzt.By a common control of the laser scanning device and the first manipulation device and / or the second manipulation device, it is possible to position the workpiece and the laser beam during the processing highly dynamically relative to each other and to edit the workpiece with the laser beam. In particular, the laser processing device is designed to activate the laser scanning device, the laser source, the first manipulation device and / or the second manipulation device synchronized with one another at the same time and / or in time. In particular, a processing path of the laser beam on the workpiece is implemented by the cooperation of the laser scanning device and the first manipulation device and / or the second manipulation device.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Werkstückhalterung als eine Wechselkassette, insbesondere als eine Wechselspannkassette, ausgebildet, wobei das Werkstück in der Wechselkassette angeordnet, insbesondere gespannt ist.In a preferred embodiment of the invention, the workpiece holder is designed as a removable cassette, in particular as a Wechselspannkassette, wherein the workpiece is arranged in the removable cassette, in particular is tensioned.

Durch den Einsatz der Wechselkassette ist es möglich, die Wechselkassette unabhängig von der Bearbeitung zu bestücken. Damit können Spannaufgaben und Entnahmeaufgaben, welche üblicher Weise in den Nebenzeiten umgesetzt werden, zeitlich parallel zu der Hauptzeit durchgeführt werden, so dass die Fertigungszeit verringert und damit die Produktivität der Laserbearbeitungsvorrichtung erhöht ist. Insbesondere wird das Werkstück aus mehreren Einzelteilen gebildet, wobei die mehreren Einzelteile in der Wechselkassette bearbeitungsfertig eingelegt und gespannt sind.By using the removable cassette, it is possible to populate the removable cassette regardless of the processing. Thus, clamping tasks and removal tasks, which are usually implemented in the non-productive times, be performed in parallel to the main time, so that the production time is reduced and thus the productivity of the laser processing device is increased. In particular, the workpiece is formed from a plurality of individual parts, wherein the several individual parts are inserted ready for editing and tensioned in the removable cassette.

Die Wechselkassette weist Referenzflächen oder -punkte auf, welche eine reproduzierbare Positionierung der Wechselkassette in der Laserbearbeitungsvorrichtung ermöglichen. Optional ergänzend weist die Wechselkassette eine Kodierung auf, so dass die Laserbearbeitungsvorrichtung auslesen kann, welches Werkstück in der Wechselkassette zur Bearbeitung angeordnet ist und gegebenenfalls ein passendes Bearbeitungsprogramm wählen kann.The interchangeable cassette has reference surfaces or points which allow reproducible positioning of the interchangeable cassette in the laser processing apparatus. Optionally additionally, the interchangeable cassette has a coding, so that the laser processing device can read out which workpiece is arranged in the interchangeable cassette for processing and can optionally select a suitable processing program.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erste Manipulationseinrichtung einen Kassettenwechsler auf, welcher die Wechselkassette zwischen einer Bearbeitungsposition und einer Wechselposition transportieren kann. Mit dem Ziel, das Wechseln der Wechselkassetten zu beschleunigen, wird ein Transport der Wechselkassetten von der Bearbeitungsposition zu der Wechselposition oder in Gegenrichtung automatisiert durch den Kassettenwechsler durchgeführt. Auch diese Maßnahme führt zu einer Verringerung der Nebenzeit und damit zur Verringerung der Fertigungszeit.In an advantageous embodiment of the invention, the first manipulation device on a cassette changer, which can transport the removable cassette between a processing position and a change position. With the aim of speeding up the replacement of the exchangeable cassettes, a transport of the exchangeable cassettes from the processing position to the change position or in the opposite direction is carried out automatically by the cassette changer. This measure also leads to a reduction of the non-productive time and thus to a reduction of the production time.

Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass eine Wechselkassette mit dem unbearbeiteten Werkstück in die Bearbeitungsposition eingelegt und eine Wechselkassette mit einem bearbeiteten Werkstück aus der Wechselposition entnommen wird oder dass eine Wechselkassette mit einem unbearbeiteten Werkstück an die Wechselposition gebracht wird und eine Wechselkassette mit dem bearbeiteten Werkstück von der Bearbeitungsposition entnommen wird.In principle, it can be provided that an exchangeable cassette with the unprocessed workpiece is inserted into the processing position and an exchangeable cassette with a machined workpiece is removed from the change position or that an exchangeable cassette with an unprocessed workpiece is brought to the exchangeable position and an exchangeable cassette with the processed workpiece from the Machining position is removed.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Kassettenwechsler auf der zweiten Schwenkachse angeordnet ist. Damit wird der Kassettenwechsler stets mitgeführt, so dass etwaige Verfahrwege zu dem Kassettenwechsler und von dem Kassettenwechsler nicht gegeben sind. Auch diese Maßnahme dient der Verkleinerung der Nebenzeit.It is particularly preferred if the cassette changer is arranged on the second pivot axis. Thus, the cassette changer is always carried, so that any travels to the cassette changer and the cassette changer are not given. This measure also serves to reduce the idle time.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Kassettenwechsler zwei Kassettenaufnahmen, welche z. B. auf einer Linearachse angeordnet sind und gemeinsam auf der Linearachse verfahren werden können. Die Kassettenaufnahmen sind vorzugsweise in Z-Richtung übereinander angeordnet. Diese Weiterbildung des Kassettenwechslers erlaubt es, dass zugleich zwei Kassetten, insbesondere eine Wechselkassette mit einem bearbeiteten und eine Wechselkassette mit einem unbearbeiteten Werkstück.In a preferred embodiment of the invention, the cassette changer comprises two cassette holders, which z. B. are arranged on a linear axis and can be moved together on the linear axis. The cassette holders are preferably arranged one above the other in the Z direction. This development of the cassette changer allows at the same time two cassettes, in particular an exchangeable cassette with a machined and an exchangeable cassette with an unprocessed workpiece.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Laserbearbeitungsvorrichtung einen Übergaberoboter auf, welcher programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist und zudem derart angeordnet ist, den Wechsel der Wechselkassetten zu übernehmen. Bei einer ersten Alternative bringt der Übergaberoboter eine erste Wechselkassette mit einem unbearbeiteten Bauteil in die die erste Kassettenaufnahme und entnimmt eine zweite Wechselkassette mit einem bearbeiteten Bauteil aus der zweiten Kassettenaufnahme. Bei einer anderen Besonders bevorzugt weist der Übergaberoboter als Greifwerkzeug einen Doppelbock oder einen Doppelmanipulator auf, welcher sowohl die Funktion des Einlegens der Wechselkassette als auch die Funktion des Abholens der Wechselkassette übernimmt. Besonders bevorzugt ist das Greifwerkzeug ausgebildet, die beiden Funktionen zeitgleich oder zumindest zeitlich überlappend durchzuführen, um wiederum die Nebenzeit möglichst gering zu halten.In a preferred embodiment of the invention, the laser processing device on a transfer robot, which is designed programmatically and / or circuit technology and is also arranged to take over the change of the removable cassettes. In a first alternative, the transfer robot brings a first removable cassette with an unprocessed component in the first cassette holder and removes a second removable cassette with a machined component from the second cassette holder. In another particularly preferred, the transfer robot as a gripper on a double jack or a double manipulator, which takes over both the function of inserting the removable cassette and the function of fetching the removable cassette. This is particularly preferred Gripping tool designed to perform the two functions at the same time or at least overlapping in time, in turn, to keep the secondary time as low as possible.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Transferstation zur Bestückung der bzw. einer Mehrzahl derartiger Wechselkassetten mit Einzelteilen des Werkstücks. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass die Wechselkassetten durch einen oder den zuvor beschriebenen Übergaberoboter von der Transferstation im Materialfluss in Richtung der ersten Manipulationseinrichtung weiter gegeben werden. Durch die Transferstation wird die Automatisierung der Laserbearbeitungsvorrichtung weiter erhöht, wobei die Bestückung der Wechselkassette mit Einzelteilen des Werkstücks parallel zur Hauptzeit durchgeführt werden kann bzw. durchgeführt wird, so dass die Nebenzeit weiter verkürzt wird, was sich auf die Fertigungszeit bzw. auf die Zykluszeit positiv auswirkt.In a preferred embodiment of the invention, the laser processing device comprises a transfer station for equipping the or a plurality of such exchangeable cassettes with individual parts of the workpiece. The laser processing device is designed such that the exchangeable cassettes are passed on by the transfer station in the material flow in the direction of the first manipulation device by means of one or the transfer robots described above. By the transfer station, the automation of the laser processing device is further increased, wherein the assembly of the removable cassette with individual parts of the workpiece can be performed parallel to the main time or is performed so that the secondary time is further reduced, which is positive to the production time or on the cycle time effect.

Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Transferstation eine Mehrzahl von Bestückungspositionen auf, wobei die Wechselkassetten in der Bestückungsposition durch eine entsprechende Anzahl von Bestückungsrobotern zeitgleich oder parallel mit Einzelteilen des Werkstücks bestückt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Wechselkassetten die Bestückungspositionen nacheinander durchlaufen und in jeder Bestückungsposition zusätzliche Bestückungsarbeitsgänge durchgeführt werden und insbesondere zusätzliche Einzelteile des Werkstücks in die Wechselkassette eingelegt und gegebenenfalls gespannt werden.In one possible embodiment of the invention, the transfer station has a plurality of placement positions, the change cassettes in the placement position being populated by a corresponding number of placement robots simultaneously or in parallel with individual parts of the workpiece. In particular, it is provided that the exchangeable cassettes pass through the placement positions one after the other and additional equipping operations are carried out in each equipping position and, in particular, additional individual parts of the workpiece are inserted into the interchangeable cassette and, if necessary, tensioned.

Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die Transferstation eine Hubbalkenaktorik auf, wobei zeitgleich oder parallel eine Mehrzahl von Wechselkassetten weiter gesetzt werden können. Insbesondere werden die Wechselkassetten simultan umgesetzt. Das Ergebnis ist ein zeitoptimiertes Umsetzen der Wechselkassetten in der Transferstation, was wieder zu einer Verkleinerung der Nebenzeiten beiträgt.In one possible embodiment of the invention, the transfer station has a Hubbalkenaktorik, wherein at the same time or in parallel, a plurality of removable cassettes can be further set. In particular, the removable cassettes are implemented simultaneously. The result is a time-optimized conversion of the exchangeable cassettes in the transfer station, which again contributes to a reduction of the non-productive times.

Nachdem während des Auswechselns von Wechselkassetten der ersten Manipulationseinrichtung eine Bearbeitung des Werkstücks nicht möglich ist, ist es bevorzugt, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung zwei Laserzellen umfasst, wobei jede Laserzelle zumindest eine erste Manipulationseinrichtung und optional ergänzend eine zweite Manipulationseinrichtung mit der Laserscanvorrichtung aufweist. Alternativ kann die Laserscanvorrichtung durch die zweite Manipulationseinrichtung auch zwischen der ersten Laserzelle und der zweiten Laserzelle hin und her gefahren werden. Durch den Einsatz von zwei Laserzellen kann die Nebenzeit weiter verringert werden, indem die Laserzellen im Gegentakt betrieben werden, wobei während der Bearbeitung des Werkstücks in einer Laserzelle die andere Laserzelle bestückt werden kann. Die Weiterbildung des Konzepts ermöglicht es, die Zykluszeit weiter an die Hauptzeit der Bearbeitung anzugleichen und so höchste Produktivität zu erreichen.After a processing of the workpiece is not possible during the replacement of exchangeable cassettes of the first manipulation device, it is preferred that the laser processing device comprises two laser cells, each laser cell having at least a first manipulation device and optionally additionally a second manipulation device with the laser scanning device. Alternatively, the laser scanning device can also be moved back and forth between the first laser cell and the second laser cell by the second manipulation device. The use of two laser cells, the idle time can be further reduced by the laser cells are operated in push-pull, during the processing of the workpiece in a laser cell, the other laser cell can be equipped. The further development of the concept makes it possible to further adjust the cycle time to the main machining time and thus achieve maximum productivity.

In einer möglichen, industrienahen Umsetzung der Erfindung umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Steuereinrichtung, welche programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, die Laserbearbeitungsvorrichtung so anzusteuern, dass die zwei Laserzellen im Gegentakt wie zuvor beschrieben arbeiten und die Transferstation zeitgleich mit der Bearbeitung in den Laserzellen die Wechselkassetten bestückt, so dass die Zykluszeit zur Ausgabe des Werkstücks im Mittel gleich oder maximal zweifach, vorzugsweise maximal 1,6-fach und insbesondere maximal 1,3-fach so groß ist wie die Hauptzeit zur Bearbeitung des Werkstücks. Bei einer Hauptzeit von 6 s, ist die Zykluszeit idealerweise ebenfalls 6 s, maximal 12 s, vorzugsweise maximal 9,6 s, insbesondere maximal 7,8 s.In one possible implementation of the invention which is close to the industry, the laser processing device comprises a control device, which is designed in terms of programming and / or circuitry, to control the laser processing device such that the two laser cells operate in push-pull as described above and the transfer station simultaneously with the processing in the laser cells the exchangeable cassettes equipped, so that the cycle time for the output of the workpiece on average equal to or a maximum of two times, preferably a maximum of 1.6 times and in particular a maximum of 1.3 times as large as the main time for machining the workpiece. At a main time of 6 s, the cycle time is ideally also 6 s, a maximum of 12 s, preferably a maximum of 9.6 s, in particular a maximum of 7.8 s.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and in which:

1 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Laserzelle in einer Laserbearbeitungsvorrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a schematic three-dimensional representation of a laser cell in a laser processing apparatus as a first embodiment of the invention;

2 in Frontansicht zwei Laserzellen der Laserbearbeitungsvorrichtung in 1; 2 in front view two laser cells of the laser processing device in 1 ;

3 eine zweite Laserbearbeitungsvorrichtung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; 3 a second laser processing apparatus as a second embodiment of the invention;

4 eine Draufsicht auf den Gesamtaufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorhergehenden Figuren; 4 a plan view of the overall structure of the laser processing apparatus according to the preceding figures;

5 eine schematische dreidimensionale Darstellung der Transferstation in der vorhergehenden Funktion der Laserbearbeitungsvorrichtung; 5 a schematic three-dimensional representation of the transfer station in the previous function of the laser processing apparatus;

6 einen Graph zur Illustration des zeitlichen Ablaufs der Fertigung in der Laserbearbeitungsvorrichtung; 6 a graph illustrating the timing of the production in the laser processing apparatus;

7 eine schematische dreidimensionale Darstellung des Kassettenwechslers ohne Kassette; 7 a schematic three-dimensional view of the cassette changer without cassette;

8 den Kassettenwechsler in der 7 mit einer Wechselkassette in der oberen Kassettenaufnahme; 8th the cassette changer in the 7 with a removable cassette in the upper cassette holder;

8 den Kassettenwechsler in der 7 mit einer Wechselkassette in der unteren Kassettenaufnahme. 8th the cassette changer in the 7 with a removable cassette in the lower cassette holder.

Einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen versehen.Corresponding components are provided in the figures with the same or corresponding reference numerals.

Die 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung einen Ausschnitt einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Ausschnitt der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist eine Laserzelle 2a dargestellt, wobei ein das die Laserzelle 2a umschließendes Gehäuse graphisch unterdrückt wurde, um Verdeckungen zu vermeiden. In der Laserzelle 2a ist eine erste Manipulationseinrichtung 3 und eine zweite Manipulationseinrichtung 4 angeordnet, welche voneinander unabhängig, getrennt oder separat an einem ortsfesten Rahmen 5 angeordnet sind. Der ortsfeste Rahmen 5 bildet das Maschinengestell und sitzt auf einem Hallenboden oder einem Fundament und kann auch mehrteilig ausgebildet sein.The 1 shows in a schematic three-dimensional representation of a section of a laser processing device 1 as a first embodiment of the invention. In the section of the laser processing device 1 is a laser cell 2a shown, wherein a the laser cell 2a enclosing housing was graphically suppressed to avoid occlusion. In the laser cell 2a is a first manipulation device 3 and a second manipulation device 4 arranged, which are independent of each other, separately or separately on a stationary frame 5 are arranged. The stationary frame 5 forms the machine frame and sits on a hall floor or a foundation and can also be designed in several parts.

Die erste Manipulationseinrichtung 3 dient zur Manipulation einer Werkstückhalterung 6, die in der 1 nur schraffiert angedeutet ist. Die Werkstückhalterung 6 ist als eine Wechselkassette 6 mit Spannfunktion ausgebildet, welche in ihrer Gesamtheit in die erste Manipulationseinrichtung 3 eingelegt werden kann. In der Wechselkassette 6 sind Einzelteile des zu bearbeitenden Werkstücks eingelegt und bearbeitungsbereit gespannt.The first manipulation device 3 used to manipulate a workpiece holder 6 in the 1 hatched only hinted. The workpiece holder 6 is as a removable cassette 6 formed with clamping function, which in their entirety in the first manipulation device 3 can be inserted. In the removable cassette 6 Individual parts of the workpiece to be machined are inserted and ready for machining.

Die erste Manipulationseinrichtung 3 umfasst eine erste Schwenkachse 7, welche eine Schwenkung der Werkstückhalterung bzw. Wechselkassette 6 um eine X-Richtung 8 ermöglicht. Die Werkstückhalterung bzw. Wechselkassette 6 ist über die erste Schwenkachse 7 auf einer zweiten Schwenkachse 9 (nicht dargestellt) angeordnet, welche eine Schwenkung der Werkstückhalterung bzw. Wechselkassette 6, der ersten Schwenkachse 7 um eine Y-Richtung 10 ermöglicht.The first manipulation device 3 includes a first pivot axis 7 , which is a pivoting of the workpiece holder or exchangeable cassette 6 around an X-direction 8th allows. The workpiece holder or exchangeable cassette 6 is about the first pivot axis 7 on a second pivot axis 9 (not shown), which is a pivoting of the workpiece holder or removable cassette 6 , the first pivot axis 7 around a Y direction 10 allows.

Konstruktiv betrachtet ist auf der zweiten Schwenkachse 9 ein nach vorne geöffneter U-Körper 11 angeordnet, in dessen umschlossenen Raum die Werkstückhalterung bzw. Wechselkassette 6 angeordnet und über die erste Schwenkachse 7 schwenkbar gelagert ist. Die erste Schwenkachse 7 erstreckt sich zwischen den zwei freien Schenkeln des U-Körpers 11.Structurally considered is on the second pivot axis 9 a U-body open to the front 11 arranged in the enclosed space, the workpiece holder or removable cassette 6 arranged and over the first pivot axis 7 is pivotally mounted. The first pivot axis 7 extends between the two free legs of the U-body 11 ,

Die zweite Manipulationseinrichtung 4 trägt eine Laserscanvorrichtung 12, welche über eine Lichtkabelschnittstelle 13 und ein Lichtleitkabel (nicht dargestellt) mit einem Bearbeitungslaser (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einem Scheibenlaser, gekoppelt ist, so dass ein Laserstrahl in die Laserscanvorrichtung 12 geführt wird. Eine Austrittsoptik 14 ist mindestens 20 cm oder 30 cm von der Werkstückhalterung bzw. Wechselkassette 6 entfernt, so dass bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ein sogenanntes Remote-Schweißen durchgeführt wird, also ein Schweißverfahren, bei dem der Laserstrahl vor dem Werkstück frei durch den Raum geführt wird.The second manipulation device 4 carries a laser scanning device 12 , which have a light cable interface 13 and a light pipe (not shown) coupled to a processing laser (not shown), such as a disk laser, such that a laser beam enters the laser scanning device 12 to be led. An exit optics 14 is at least 20 cm or 30 cm from the workpiece holder or exchangeable cassette 6 removed, so that in the laser processing device 1 a so-called remote welding is performed, so a welding process in which the laser beam is guided freely in front of the workpiece through the room.

Die Laserscanvorrichtung 12 ist als ein zweidimensionaler Scanner oder ein 2,5-dimensionaler Scanner ausgeführt, welcher eine Ablenkung des Laserstrahls auf der Werkstückhalterung 6 bzw. auf dem Werkstück in X-Richtung 8 und Y-Richtung 10 ermöglicht. Optional ergänzend erlaubt die Laserscanvorrichtung 12 auch einen Versatz des Laserstrahls in einer dazu senkrechten Z-Richtung 15, um beispielsweise den Fokus des Laserstrahls bei der Bearbeitung nachführen zu können.The laser scanning device 12 is designed as a two-dimensional scanner or a 2.5-dimensional scanner, which deflects the laser beam on the workpiece holder 6 or on the workpiece in the X direction 8th and Y direction 10 allows. As an additional option, the laser scanning device allows 12 also an offset of the laser beam in a perpendicular Z-direction 15 in order, for example, to be able to track the focus of the laser beam during processing.

Die Laserscanvorrichtung 12 sitzt auf einer ersten Linearachse 16, welche eine Verschiebung der Laserscanvorrichtung 12 in Z-Richtung 15 ermöglicht. Die erste Linearachse 16 sitzt auf einer zweiten Linearachse 17, welche eine Verschiebung der ersten Linearachse 16 und damit der Laserscanvorrichtung 12 in X-Richtung 8 ermöglicht.The laser scanning device 12 sits on a first linear axis 16 which shows a shift of the laser scanning device 12 in the Z direction 15 allows. The first linear axis 16 sits on a second linear axis 17 , which is a displacement of the first linear axis 16 and thus the laser scanning device 12 in X direction 8th allows.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 dient zum Laserstrahlschweißen von Werkstücken mit dem über die Laserscanvorrichtung 12 geführten Laserstrahl. Bei der Bearbeitung des Werkstücks wirken die erste Manipulationseinrichtung 3 und die zweite Manipulationseinrichtung 4 sowie die Laserscanvorrichtung 12 zusammen, um durch synchronisierte Bewegungen als ein gemeinsames Mehrachssystem den Laserstrahl auf dem Werkstück zu positionieren und entlang der Bearbeitungsbahn zu führen.The laser processing device 1 used for laser beam welding of workpieces with the over the laser scanning device 12 guided laser beam. During machining of the workpiece, the first manipulation device acts 3 and the second manipulation device 4 as well as the laser scanning device 12 together to position by synchronized movements as a common multi-axis system, the laser beam on the workpiece and to guide along the machining path.

Besondere Vorteile ergeben sich aus dem Maschinenkonzept, da durch die masselose oder nahezu masselose Führung des Laserstrahls durch die Laserscanvorrichtung 12 der Laserstrahl hochdynamisch positioniert bzw. versetzt und Bewegungsbahnen abgefahren werden können. Insbesondere, wenn an dem Werkstück eine Mehrzahl von Schweißnähten eingebracht werden müssen, zum Beispiel mehr als fünf Schweißnähte, kann über die Laserscanvorrichtung 12 eine neue Positionierung des Laserstrahls mit einer Positioniergeschwindigkeit von größer 50 m/min auf dem Werkstück umgesetzt werden.Particular advantages arise from the machine concept, as by the massless or almost massless guidance of the laser beam through the laser scanning device 12 the laser beam can be positioned or displaced highly dynamically and trajectories can be traveled. In particular, when a plurality of welds have to be introduced to the workpiece, for example more than five welds, the laser scanning device can 12 a new positioning of the laser beam with a positioning speed of more than 50 m / min can be implemented on the workpiece.

Die 2 zeigt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit zwei Laserzellen 2a, b, wobei die zweite Laserzelle 2b analog zu der ersten Laserzelle 2a aufgebaut ist, sodass auf die vorhergehende Beschreibung bzw. Figur verwiesen wird. Die zwei Laserzellen 2a, b werden von der gleichen Laserquelle versorgt und arbeiten im Gegentakt, so dass während der Bearbeitung eines Werkstücks in der ersten Laserzelle 2a ein Wechsel der Wechselkassette als Werkstückhalterung 6 in der zweiten Laserzelle 2b erfolgen kann, wobei idealer Weise die Hauptzeit für den Bearbeitungsprozess und die Nebenzeit für den Wechsel der Wechselkassette so abgestimmt ist, dass sich Hauptzeiten der zwei Laserzellen 2a, b lückenlos oder nahezu lückenlos aneinanderreihen.The 2 shows the laser processing device 1 with two laser cells 2a , b, wherein the second laser cell 2 B analogous to the first laser cell 2a is built so that on the previous one Description or figure is referenced. The two laser cells 2a , b are powered by the same laser source and work in push-pull, so that while machining a workpiece in the first laser cell 2a a change of the removable cassette as a workpiece holder 6 in the second laser cell 2 B can be done, ideally, the main time for the machining process and the auxiliary time for the change of the removable cassette is tuned so that peak times of the two laser cells 2a , b string together completely or almost completely.

Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1, welche sich im Wesentlichen von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die zweite Manipulationseinrichtung 4 beiden Laserzellen 2a, b zugeordnet ist, wobei die Laserscanvorrichtung 12 wechselnd zwischen der ersten Laserzelle 2a und der zweiten Laserzelle 2b verfahren wird. Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf die zweite Schwenkachse 9 verzichtet worden, so dass der U-Körper 11 starr mit dem ortsfesten Rahmen 5 verbunden ist.The 3 shows a second embodiment of a laser processing apparatus 1 , which differs essentially from the previous embodiment in that the second manipulation device 4 both laser cells 2a , b, wherein the laser scanning device 12 alternating between the first laser cell 2a and the second laser cell 2 B is moved. In addition, in this embodiment, the second pivot axis 9 dispensed so that the U-body 11 rigid with the stationary frame 5 connected is.

Die 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die gesamte Laserbearbeitungsvorrichtung 1, welche neben den Laserzellen 2a, b eine Transferstation 18, eine Qualitätssicherungsstation 19, einen ersten Übergaberoboter 20 und einen zweiten Übergaberoboter 21 umfasst.The 4 shows a schematic plan view of the entire laser processing apparatus 1 , which next to the laser cells 2a , b a transfer station 18 , a quality assurance station 19 , a first handover robot 20 and a second transfer robot 21 includes.

In der Transferstation 18 werden die Wechselkassetten 6 mit den Einzelteilen des Werkstücks bestückt und bearbeitungsbereit vorgespannt. Hierzu weist die Transferstation 18 drei Bestückpositionen 22a, b, c auf, wobei in der ersten Bestückposition 22a eine Wechselkassette mit einem fertig bearbeiteten Werkstück von dem ersten Übergaberoboter 20 eingelegt wird. Der zweite Übergaberoboter 21 entnimmt das Werkstück und transportier dieses zur Qualitätssicherungsstation 19. In der zweiten Bestückposition 22b wird eine erste Teilmenge der Einzelteile des Werkstücks, in der dritten Bestückposition 22c eine zweite Teilmenge der Einzelteile eingelegt. Das Einlegen der Einzelteile erfolgt über Einlegeroboter 23a, b, welche den jeweiligen Bestückpositionen 22b, bzw. 22c exklusiv zugeordnet sind. Der erste Übergaberoboter 20 greift an einer Übergabeposition 24 die fertig bestückte Wechselkassette 6 und befördert diese gemäß der Pfeile 25a, b in die Laserzelle 2a, b. Zugleich holt der erste Übergaberoboter 20 aus den Laserzellen 2a, b eine Wechselkassette 6 mit geschweißtem Werkstück ab und transportiert diese wieder an die erste Bestückposition 22a.In the transfer station 18 become the exchangeable cassettes 6 equipped with the individual parts of the workpiece and preloaded ready for machining. For this purpose, the transfer station 18 three placement positions 22a , b, c, wherein in the first placement position 22a a removable cassette with a finished workpiece from the first transfer robot 20 is inserted. The second transfer robot 21 removes the workpiece and transport it to the quality assurance station 19 , In the second placement position 22b becomes a first subset of the individual parts of the workpiece, in the third placement position 22c a second subset of the items inserted. The individual parts are inserted via infeed robots 23a , b, which the respective placement positions 22b , respectively. 22c are assigned exclusively. The first transfer robot 20 accesses a transfer position 24 the ready equipped exchange cassette 6 and move them according to the arrows 25a , b into the laser cell 2a , b. At the same time, the first transfer robot fetches 20 from the laser cells 2a , b a removable cassette 6 with welded workpiece from and transported them back to the first placement position 22a ,

In der 5 ist schematisch die Transferstation 18 dargestellt, wobei in der ersten Bestückposition 22a die Wechselkassette 6 mit dem geschweißten Werkstück abgelegt wird und das geschweißte Werkstück von dem zweiten Übergaberoboter 21 entnommen und zur Qualitätssicherungsstation 19 gebracht wird. In der zweiten Bestückposition 22b erfolgt das Einlegen von Teilen, zum Beispiel Teil 1, 2, 3, in der dritten Bestückposition 22c erfolgt dann das Einlegen der Teile 4, 5, 6. In der Übergabeposition 24 wird die Wechselkassette 6 dann durch den ersten Übergaberoboter 20 abgeholt und zu den Laserzellen 2a, b transportiert. Die Übergabe der Wechselkassette von einer Bestückposition 22a, b, c bzw. Übergabeposition 24 zur nächsten erfolgt mit einem simultan arbeitenden Hubbalkenprinzip, wobei zeitgleich die Wechselkassetten 6 in jeder Bearbeitungsposition 22a, b, c in Z-Richtung (der Transferstation 18) angehoben werden und in X-Richtung (der Transferstation 18) entlang des Materialflusses weiter transportiert werden. Die Bearbeitungspositionen 22a, b, c und die Übergabeposition 24 sind linear oder auf einer Geraden angeordnet.In the 5 is schematically the transfer station 18 shown, wherein in the first placement position 22a the removable cassette 6 is deposited with the welded workpiece and the welded workpiece from the second transfer robot 21 taken and to the quality control station 19 is brought. In the second placement position 22b the insertion of parts, for example part 1, 2, 3, takes place in the third placement position 22c Then the insertion of the parts 4, 5, 6. In the transfer position 24 becomes the removable cassette 6 then through the first transfer robot 20 picked up and to the laser cells 2a , b transported. The transfer of the removable cassette from a placement position 22a , b, c or transfer position 24 the next takes place with a simultaneously operating Hubbalkenprinzip, at the same time the removable cassettes 6 in every machining position 22a , b, c in the Z direction (the transfer station 18 ) and in the X direction (the transfer station 18 ) are transported along the material flow. The processing positions 22a , b, c and the transfer position 24 are arranged linearly or on a straight line.

In der 6 ist schematisch der zeitlich optimierte Ablauf der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 dargestellt, wobei in einer X-Richtung eine Zeit t aufgetragen ist. Die senkrecht verlaufenden Linien trennen verschiedene Zyklen Z1, Z2..., wobei während jedes Zyklus Z ein bearbeitetes Werkstück von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ausgegeben wird.In the 6 is schematically the time-optimized operation of the laser processing apparatus 1 represented, wherein in a X direction, a time t is plotted. The vertical lines separate different cycles Z1, Z2..., During each cycle Z a machined workpiece from the laser processing device 1 is issued.

In der obersten Zeile ist die Aktivität der Laserzelle 2a aufgetragen, welche zunächst in dem ersten Zyklus Z1 mit einer Nebenzeit NZ, also mit einer Bestückung, beginnt und in dem Zyklus Z2 das Werkstück in der Wechselkassette 6e während einer Hauptzeit HZ bearbeitet. Darunter ist die Aktivität der Laserzelle 2b dargestellt, welche während des Zyklus Z1 eine Hauptzeit zur Bearbeitung eines Werkstücks in der Wechselkassette 6a hat und während der Zeit Z2 eine Nebenzeit NZ zum Wechsel der Wechselkassette 6a aufweist. Der zeitliche Abstand zwischen der Hauptzeit HZ der Laserzelle 2a und der Laserzelle 2b ist möglichst gering, idealerweise 0 s. Die beiden Laserzellen 2a, b arbeiten in einem Gegentakt.In the top line is the activity of the laser cell 2a plotted, which first in the first cycle Z1 with a non-productive time NZ, so with a placement, begins and in the cycle Z2 the workpiece in the removable cassette 6e edited during a main time HZ. Below is the activity of the laser cell 2 B shown, which during the cycle Z1 a main time for machining a workpiece in the removable cassette 6a has and during the time Z2 a non-productive time NZ to change the removable cassette 6a having. The time interval between the main time HZ of the laser cell 2a and the laser cell 2 B is as low as possible, ideally 0 s. The two laser cells 2a , b work in a push-pull.

Darunter sind die Bestückzustände der Transferstation 18 zeitlich aufgetragen, wobei sich eine Wechselkassette 6b, c, d, e jeweils zeitgleich an der ersten Bestückposition 22a, der zweiten Bestückposition 22b, der dritten Bestückposition 22c und der Übergabeposition 24 befindet.These include the placement states of the transfer station 18 timed, with a removable cassette 6b , c, d, e at the same time at the first placement position 22a , the second placement position 22b , the third placement position 22c and the transfer position 24 located.

Während des Zyklus Z1 wird aus der Wechselkassette 6b das bearbeitete Werkstück von dem Übergaberoboter 21 entnommen und somit die Wechselkassette 6b geleert. In der zweiten Bestückposition 22b wird eine erste Teilmenge der Einzelteile des Werkstücks in die zuvor leere Wechselkassette 6c eingelegt. In der dritten Bestückposition 22c wird die teilbestückte Wechselkassette 6d mit einer zweiten Teilmenge der Einzelteile des Werkstücks fertig bestückt. In der Übergabeposition 24 wird die fertigbestückte Wechselkassette 6e für den ersten Übergaberoboter 20 bereitgestellt und von diesem zu der ersten Laserzelle 2a gebracht, so dass diese im Zyklus Z2 bearbeitet werden kann.During the cycle Z1 will be out of the removable cassette 6b the machined workpiece from the transfer robot 21 removed and thus the removable cassette 6b emptied. In the second placement position 22b a first subset of the individual parts of the workpiece in the previously empty removable cassette 6c inserted. In the third placement position 22c becomes the partially populated removable cassette 6d equipped with a second subset of the individual parts of the workpiece ready. In the transfer position 24 becomes the ready-equipped removable cassette 6e for the first transfer robot 20 provided and from this to the first laser cell 2a brought so that it can be processed in cycle Z2.

Bei dem Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Zyklus Z1 und Z2 wird die leere Wechselkassette 6b in die zweite Bestückposition 22b, die teilbestückte Wechselkassette 6c wird in die dritte Bestückposition und die fertigbestückte Wechselkassette 6d an die Übergabeposition gebracht. Zudem wird die fertig bearbeitete Wechselkassette 6a mit dem ersten Übergaberoboter 20 von der zweiten Laserzelle 2a zu der ersten Bestückposition 22a transportiert. Nach dem Übergang werden die Wechselkassetten 6a, b, c, d, und e analog wie in dem ersten Zyklus Z1 bearbeitet. In einem dritten und weiteren Zyklen erfolgt der Fluss der Wechselkassetten 6a, b, c, d und e nach dem gleichen Muster. Ggf. können auch Pufferplätze vorgesehen sein, in denen Wechselkassetten geparkt oder gepuffert können.At the transition between the first and second cycles Z1 and Z2, the empty removable cassette becomes 6b in the second placement position 22b , the partially populated removable cassette 6c will be in the third placement position and the ready-fitted removable cassette 6d brought to the transfer position. In addition, the finished exchangeable cassette 6a with the first transfer robot 20 from the second laser cell 2a to the first placement position 22a transported. After the transition, the removable cassettes 6a , b, c, d, and e are processed analogously as in the first cycle Z1. In a third and further cycles, the flow of exchangeable cassettes takes place 6a , b, c, d and e follow the same pattern. Possibly. It is also possible to provide buffer spaces in which exchangeable cassettes can be parked or buffered.

Betrachtet man die Produktivität der Laserbearbeitungsvorrichtung, so ist festzuhalten, dass die Zykluszeit Z1, Z2, Zn, welche sich als das Zeitmittel berechnet, in der ein Werkstück fertig gestellt wird, ausschließlich über die Hauptzeit HZ festgelegt ist, so dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 in der vorliegenden Ausrichtung ein Optimum an Produktivität darstellt. Die Steuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 wird in der beschriebenen Weise durch eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung durchgeführt.Considering the productivity of the laser processing apparatus, it is to be noted that the cycle time Z1, Z2, Zn, which calculates as the time average in which a workpiece is finished, is set exclusively over the main time HZ, so that the laser processing apparatus 1 represents optimum productivity in the present orientation. The control of the laser processing device 1 is performed in the manner described by a control device, not shown.

Die 7 zeigt in einer dreidimensionalen, schematischen Darstellung den U-Körper 11 aus der 1. An dem verbindenden Schenkel bzw. an der Rückwand des U-Körpers ist ein Kassettenwechsler 26 angeordnet, der die Aufgabe übernimmt, Wechselkassetten 6 mit einem ungeschweißten Werkstück von dem Übergaberoboter 20 anzunehmen bzw. Wechselkassetten 6 mit geschweißten Werkstücken abzugeben.The 7 shows in a three-dimensional, schematic representation of the U-body 11 from the 1 , On the connecting leg or on the rear wall of the U-body is a cassette changer 26 arranged, which takes over the task, exchangeable cassettes 6 with an unwelded workpiece from the transfer robot 20 accept or change cassettes 6 deliver with welded workpieces.

Hierzu weist der Kassettenwechsler 26 zwei Kassettenaufnahmen 27a, b auf, welche in Z-Richtung übereinander auf einer gemeinsamen, in Z-Richtung verfahrbaren Linearachse 28 angeordnet sind. Der Kassettenwechsler 26 ist auf der zweiten Schwenkachse 9 angeordnet.For this purpose, the cassette changer 26 two cassette recordings 27a , b on, which in the Z direction one above the other on a common, movable in the Z direction linear axis 28 are arranged. The cassette changer 26 is on the second pivot axis 9 arranged.

Auch der Übergaberoboter 20 verfügt über ein Greifwerkzeug mit zwei Kassettenaufnahmen, welche passend zu den Kassettenaufnahmen 27a, b des Kassettenwechslers 26 angeordnet sind.Also the transfer robot 20 has a gripping tool with two cassette holders, which match the cassette holders 27a , b of the cassette changer 26 are arranged.

Bei einem Wechsel der Wechselkassetten 6 ist eine der Kassettenaufnahmen 27a, b mit einer Wechselkassette 6 mit einem geschweißten Werkstück besetzt. Der Übergaberoboter 2 transportiert eine Wechselkassette 6 mit einem ungeschweißten Werkstück. Bei einem Einfahren des Greifwerkzeugs in den U-Körper 11 wird die Wechselkassette 6 mit dem geschweißten Werkstück an den Übergaberoboter 20 und die Wechselkassette 6 mit dem ungeschweißten Werkstück an den Kassettenwechsler 26 übergeben. Der Kassettenwechsler 26 transportiert dann mittels der Linearachse 28 die Wechselkassette 6 mit dem ungeschweißten Werkstück zur Bearbeitung zu der ersten Schwenkachse 7 in eine Bearbeitungsposition. Nach der Bearbeitung holt der Kassettenwechsler 26 die Wechselkassette 6 wieder von der Bearbeitungsposition ab und stellt diese für einen Wechsel bereit.When changing the removable cassettes 6 is one of the cassette recordings 27a , b with a removable cassette 6 occupied with a welded workpiece. The transfer robot 2 transports a removable cassette 6 with an unwelded workpiece. When retracting the gripping tool in the U-body 11 becomes the removable cassette 6 with the welded workpiece to the transfer robot 20 and the removable cassette 6 with the unwelded workpiece to the cassette changer 26 to hand over. The cassette changer 26 then transported by means of the linear axis 28 the removable cassette 6 with the unwelded workpiece for machining to the first pivot axis 7 in a processing position. After processing, the cassette changer fetches 26 the removable cassette 6 again from the machining position and provides them for a change ready.

Die 8 und 9 zeigen den Kassettenwechsler 26 mit Wechselkassette 6 in der Kassettenaufnahme 27a bzw. bei der Übergabe oder Übernahme von der Bearbeitungsposition an die Kassettenaufnahme 27b.The 8th and 9 show the cassette changer 26 with removable cassette 6 in the cassette holder 27a or when transferring or transferring the processing position to the cassette holder 27b ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: LaserbearbeitungsvorrichtungLaser processing device
2a, b2a, b: Laserzellencell laser
33: erste Manipulationseinrichtungfirst manipulation device
44: zweite Manipulationseinrichtungsecond manipulation device
55: Rahmenframe
66: Werkstückhalterung, WechselkassetteWorkpiece holder, exchangeable cassette
77: erste Schwenkachsefirst pivot axis
88th: X-RichtungX-direction
99: zweite Schwenkachsesecond pivot axis
1010: Y-RichtungY-direction
1111: U-KörperU-body
1212: LaserscanvorrichtungLaser scanning device
1313: LichtkabelschnittstelleLight cable interface
1414: Austrittsoptikexit optics
1515: Z-RichtungZ-direction
1616: erste Linearachsefirst linear axis
1717: zweite Linearachsesecond linear axis
1818: Transferstationtransfer station
1919: QualitätssicherungsstationQuality control station
2020: erster Übergaberoboterfirst handover robot
2121: zweiter Übergaberobotersecond transfer robot
22a, b, c22a, b, c: Bestückpositionenplacement positions
23a, b23a, b: BestückroboterBestückroboter
2424: ÜbergabepositionTransfer position
25a, b25a, b: Pfeilearrows
2626: Kassettenwechslerautochanger
27a, b27a, b: Kassettenaufnahmecassette holder
2828: Linearachselinear axis

Claims

Laser processing device ( 1 ) for machining a workpiece with a laser beam with a fixed frame ( 5 ) with a laser scanning device ( 12 ), wherein the laser scanning device ( 12 ) a deflection of the laser beam in at least two independent dimensions - hereinafter as X and Y direction ( 8th . 10 ) - allows, so that a processing area can be scanned by the laser beam, with a workpiece holder ( 6 ) for receiving the workpiece to be machined, wherein the workpiece holder holds the workpiece in the processing in the processing area, with a first manipulation device ( 3 ), which the workpiece holder ( 6 ) during processing relative to the fixed frame ( 5 ), characterized by a second manipulation device ( 4 ), which the laser scanning device ( 12 ) can manipulate relative to the fixed frame.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second manipulation device ( 4 ) a method of the laser scanning device ( 12 ) parallel to one through the X and Y directions ( 8th . 10 ) spanned level allows.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second manipulation device ( 4 ) and / or the laser scanning device ( 12 ) a method of the laser scanning device ( 12 ) in one of the X and Y directions ( 8th . 10 ) vertical Z-direction ( 15 ) or the laser beam in this Z-direction ( 15 ).

Laser processing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first manipulation device ( 3 ) a first pivot axis ( 7 ) for pivoting the workpiece holder ( 6 ) around the X-direction ( 8th ).

Laser processing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first manipulation device ( 3 ) a second pivot axis ( 9 ) for pivoting the workpiece holder ( 6 ) and the first pivot axis ( 7 ) around the Y direction.

Laser processing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece holder ( 6 ) as an exchangeable cassette ( 6 ) is formed, wherein the workpiece in the removable cassette ( 6 ), in particular is tensioned.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the first manipulation device ( 3 ) a cassette changer ( 26 ), which the removable cassette ( 6 ) can transport between a processing position and a change position.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the cassette changer ( 26 ) on the second pivot axis ( 9 ) is arranged.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the cassette changer ( 26 ) two cassette recordings ( 27a , b).

Laser processing device ( 1 ) according to claim 9, characterized by a transfer robot ( 20 ), which is formed and arranged, a first removable cassette ( 6 ) with an unprocessed workpiece into one of the cassette holders ( 27a , b) insert and a second removable cassette ( 6 ) with a machined workpiece from the other cassette holder ( 27b , a) pick up.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 10, characterized by a transfer station ( 18 ) for equipping the or a plurality of such exchangeable cassettes ( 6 . 6a , b, c, d, e), the exchangeable cassettes ( 6 . 6a , b, c, d, e) by one or the transfer robot ( 20 ) from the transfer station ( 18 ) in the material flow in the direction of the first manipulation device ( 3 ).

Laser processing device ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the transfer station ( 18 ) a plurality of placement positions ( 22a , b, c), wherein the transfer station ( 18 ), the exchangeable cassettes ( 6 . 6a , b, c, d, e) in the mounting positions ( 22a , b, c) by a plurality of placement robots ( 23a , b) to equip in parallel with individual parts of the workpiece.

Laser processing device ( 1 ) according to claim 11 or 12, characterized in that the transfer station ( 18 ) has a Hubbalkenaktorik, by the same time or in parallel a plurality of removable cassettes ( 6a , b, c, d, e) can be continued.

Laser processing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by two laser cells ( 2a , b).

Laser processing device ( 1 ) according to claim 14, characterized by a control device, which is designed programmatically and / or circuit-wise, the laser processing device ( 1 ), so that the two laser cells ( 2a , b) working in push-pull mode and the transfer station ( 18 ) in time with the processing in the laser cells ( 2a , b) the exchangeable cassettes ( 6 . 6a , b, c, d, e), so that the cycle time (Z1, Z2, Zn) as a time average for the output of a finished workpiece is equal to or at most 2 times, preferably at most 1.6 times and in particular at most 1, 3 times as the main time for machining the workpiece.